计算机专业面试基础什么是堆栈（Stack）及其在计算机科学中的应用

一、什么是堆栈（Stack）

堆栈是一种先进后出（Last In, First Out, LIFO）的数据结构，它允许我们按照特定的顺序存储和访问数据。在堆栈中，数据元素按照它们入的顺序排列，这意味着入的元素将是第一个被移除的元素。

堆栈由一个线性数组或链表实现，包含基本操作：

1. push（入栈）：将一个元素添加到堆栈的顶部。

2. pop（出栈）：从堆栈的顶部移除一个元素。

3. peek（查看）：查看堆栈顶部的元素，但不移除它。

4. isEmpty（判断是否为空）：检查堆栈是否为空。

5. size（获取堆栈大小）：返回堆栈中的元素数量。

二、堆栈在计算机科学中的应用

堆栈在计算机科学中有着广泛的应用，是一些主要的用途：

1. 函数调用：

在大多数编程语言中，函数调用是通过堆栈来管理的。当函数被调用时，它的参数和局部变量会被压入堆栈，而函数执行完成后，这些元素会被弹出堆栈。这种机制使得函数之间的数据传递和上下文切换变得非常高效。

2. 递归：

递归是一种编程技巧，函数调用自身来解决。递归函数使用堆栈来存储函数调用的状态，因为每个函数调用都有自己的局部变量和返回地址。

3. 表达式求值：

在计算表达式时，堆栈可以用来处理运算符的优先级。在计算中缀表达式时，可以使用两个堆栈：一个用于存储操作数，另一个用于存储操作符。通过这种，可以正确地处理操作符的优先级和括号。

4. 后缀和前缀表达式的计算：

后缀表达式（也称为逆波兰表达式）和前缀表达式是两种不需要括号来表示运算符优先级的表达式。这些表达式可以通过堆栈来计算，因为堆栈的自然顺序按照运算符的优先级来处理元素。

5. 函数参数传递：

在一些编程语言中，函数参数可以通过堆栈来传递。这意味着函数的参数在调用时被压入堆栈，在函数执行完成后从堆栈中弹出。

6. 实现队列：

虽然队列是一种先进先出（First In, First Out, FIFO）的数据结构，但可以通过两个堆栈来实现。一个堆栈用于存储入队元素，另一个堆栈用于存储出队元素。通过适当的操作，可以模拟队列的行为。

7. 深度优先搜索（DFS）和广度优先搜索（BFS）：

在图论中，堆栈用于实现深度优先搜索。通过使用堆栈来存储待访问的节点，可以遍历图的所有节点，避免无限循环。

8. 实现调用栈：

操作系统的调用栈是一种特殊的堆栈，用于存储函数调用的状态。在多线程环境中，每个线程都有自己的调用栈，这使得线程之间的切换更加高效。

三、

堆栈是一种基本且强大的数据结构，它在计算机科学中有着广泛的应用。从函数调用到递归，从表达式求值到图遍历，堆栈都是实现这些功能的关键工具。对于计算机专业的面试者来说，理解和掌握堆栈的概念及其应用是至关重要的。